(57)【要約】【課題】本発明はダイヤモンドライクカーボン複合層と基材が比較的高い結合力を持つ金型を提供する。【解決手段】本発明は、ダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型に関するものであり、前記ダイヤモンドライクカーボン複合層は、基材から外側表面までに、順次に第一層乃至第Ｎ＋１層を備え、前記第一層から第Ｎ層までは、金属又は金属窒化物である詰め物を含むダイヤモンドライクカーボン層であって、且つ各層の詰め物のモルパーセント含有量が逓減し、第Ｎ＋１層は純ダイヤモンドライクカーボン層であって、前記Ｎの値は２〜３０である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材及び基材の上に形成するダイヤモンドライクカーボン複合層を備える金型であって、前記ダイヤモンドライクカーボン複合層は、基材から外側表面までに、順次に第一層乃至第Ｎ＋１層を備え、前記第一層から第Ｎ層までは、金属又は金属窒化物である詰め物を含むダイヤモンドライクカーボン層であって、且つ各層の詰め物のモルパーセントの含有量が逓減し、第Ｎ＋１層は純ダイヤモンドライクカーボン層であって、前記Ｎ値は２〜３０であることを特徴とするダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型。
【請求項２】
前記第一層から第Ｎ層に至るまでのいずれか一層である第ｍ層の詰め物のモルパーセントの含有量の式は（Ｎ−ｍ＋１）×ｘであって、ここで、ｍは１〜Ｎであって、ｘの値は０．２％〜１％であることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型。
【請求項３】
前記Ｎの値は５〜３０であることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型。
【請求項４】
前記詰め物は、クロム、チタン、ジルコニウム、窒化クロム、窒化チタン、窒化ジルコニウム及びクロム・チタン合金の一種又は一種以上であることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型。
【請求項５】
前記第一層から第Ｎ層までの各層の厚さは、１〜３０ナノメートルであって、第Ｎ＋１層の厚さは、１〜１０ナノメートルであることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型。
【請求項６】
前記金型基材と前記第一層との間に金属中間層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型に関するものであり、特にダイヤモンドライクカーボンを複合層とする金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金型の基材は金型工業の基礎であるが、従来の金型基材では、比較的高い総合的な性能に対する要求を満たすことが難しいので、一般的に、表面処理技術を採用して、金型の表面に他の材料をめっきすることにより、金型の表面性能を強化し、一定の割合で金型基材の性能不足を補う必要がある。
【０００３】
近年、科学技術が目覚しく発展しており、表面技術において、ダイヤモンドライクカーボンめっき層が登場した。前記ダイヤモンドライクカーボンは、その構造の中にｓｐ２グラファイト平面結合とｓｐ３四面体ダイヤモンド共有結合とが混合された非結晶カーボンである。前記ダイヤモンドライクカーボンの中のｓｐ２結合のグラファイト部分においては、層と層の間は微弱なファン・デル・ワールス結合で結合するので、層と層の間が相対的に移動し易くて、ダイヤモンドライクカーボンめっき層が低摩擦係数と潤滑などの機能を持つことになる。前記ダイヤモンドライクカーボンの中のｓｐ３四面体ダイヤモンド共有結合のダイヤモンド部分においては、強力な共有結合によって、３次元空間でしっかり積み上げられ且つ硬い結晶格子を持つ構造を形成して、ダイヤモンドライクカーボン層が高い硬度と高い放熱性などの機能を持つことになる。
【０００４】
ダイヤモンドライクカーボンは優れためっき性能を持つので、金型生産において、徐々に用いられ始めている。しかしながら、従来技術は単層の純ダイヤモンドライクカーボンめっき層を採用して金型の性能を強めているが、前記純ダイヤモンドライクカーボン層は、比較的高い内部応力を有することが原因で、めっき層と金型基材の結合力が低く、従って製品の品質及び金型の使用寿命に影響を与えるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、前記問題を解決し、ダイヤモンドライクカーボン複合層と基材とが比較的高い結合力を形成する金型を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明は、ダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型に関するものであり、前記ダイヤモンドライクカーボン複合層は、基材から外側表面までに、順次に第一層乃至第Ｎ＋１層を備え、前記第一層から第Ｎ層までは、金属又は金属窒化物である詰め物を含むダイヤモンドライクカーボン層であって、且つ各層の詰め物のモルパーセントの含有量が逓減し、第Ｎ＋１層は純ダイヤモンドライクカーボン層であって、前記Ｎの値は２〜３０である。
【発明の効果】
【０００７】
従来の技術と比べて、前記ダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型において、ダイヤモンドライクカーボン複合層２００の第一層１１から第Ｎ層１７までには、金属又は金属窒化物からなる詰め物３００を添加し、且つ前記詰め物３００のモルパーセントの含有量が逓減する。詰め物３００により、純ダイヤモンドライクカーボン層の内部応力を下げ、めっき層の結合力を高めることができ、且つ前記詰め物３００のモルパーセントの含有量が逓減するため、層と層の間の成分が急劇に変化することによりめっき層の結合に対して悪い影響が与えられる現象を免れ、その結合力をいっそう高めることができる。従って、前記ダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型は、ダイヤモンドライクカーボン複合層と基材とが比較的高い結合力を形成するという優れた点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付された図面及び実施形態を参照して、本発明のダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型をさらに詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態のダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型の構成を示す図である。それは、基材１００、及び基材１００の上に形成されるダイヤモンドライクカーボン複合層２００を備える。前記ダイヤモンドライクカーボン複合層２００は、金型基材１００から金型外側表面４００に至るまで、順次に第一層１１乃至第Ｎ＋１層１８を備え、その第一層１１乃至第Ｎ層１７は、金属又は金属窒化物である詰め物３００を含むダイヤモンドライクカーボン層であって、前記詰め物３００のモルパーセントの含有量が逓減し、第Ｎ＋１層１８は、純ダイヤモンドライクカーボン層であって、前記Ｎの値は２〜３０である。
【００１０】
前記逓減方式とは、第一層１１から始めて第Ｎ層１７に至るまで、前記詰め物３００のモルパーセントの含有量が次第に減るものである。例えば、第ｍ層が第一層１１から第Ｎ層１７に至るまでのいずれの一層としたら、ｍは１〜Ｎであって、第ｍ層の詰め物３００のモルパーセントの含有量は（Ｎ−ｍ＋１）×ｘであって、ここで、ｘの値は０．２％〜１％である等差グラジエントの逓減方式が好ましい。
【００１１】
前記逓減方式によって、詰め物３００のモルパーセントの含有量を減らすことにより、層と層の間の成分がお互いに浸透するために結合に対して悪い影響を与える現象を免れることができ、従って、複合層２００と金型基材１００との結合力を高める。
【００１２】
前記詰め物３００は、例えば、クロム、チタン、ジルコニウム、窒化クロム、窒化チタン、窒化ジルコニウム及びクロム・チタン合金などの強靭性が比較的優れた金属、金属窒化物又は金属合金である。
【００１３】
前記詰め物３００により、めっき層の内部応力を下げ、結合力を高めるばかりでなく、特定の詰め物３００は、さらにめっき層の他の特殊性能を高めることができ、例えば、チタンと窒化チタンによって、めっき層の耐腐食性及び耐磨耗性を高めることができる。
【００１４】
前記Ｎ＋１層１８は、純ダイヤモンドライクカーボン層であって、ダイヤモンドライクカーボンの中に同時にｓｐ２グラファイト平面結合とｓｐ３四面体ダイヤモンド共有結合を含む。結合の異なる構成により、ダイヤモンドライクカーボンが異なる優れた性能を表すことになるため、ダイヤモンドライクカーボンの結合構成を適当に調節することにより、前記純ダイヤモンドライクカーボンめっき層は、優れた耐磨耗性、低摩擦係数、耐腐蝕性、高い放熱性能などの性能を得易い。
【００１５】
前記第一層１１から第Ｎ層１７までの各層の厚さは、１〜３０ナノメートルであり、前記第Ｎ＋１層１８の厚さは、１〜１０ナノメートルであり、前記ダイヤモンドライクカーボン複合層の厚さは、６〜９１０ナノメートルである。
【００１６】
前記金型基材１００は、例えば、鉄-カーボン-クロムの合金、鉄-カーボン-クロム-モリブデンの合金、鉄-カーボン-クロム-バナジウム-モリブデンの合金又は鉄-カーボン-クロム-バナジウム-シリコン-モリブデンの合金などの比較的大きな強度を持つ材料が採用される。
【００１７】
さらに、図２を参考して、前記ダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型は、さらに金型基材１００と第一層１１との間に位置される金属中間層１０を備える。チタン、クロムなどからなる該金属中間層１０は、金型基材１００及びダイヤモンドライクカーボンめっき層と比較的高い結合力を形成するため、ダイヤモンドライクカーボン層と金型基材１００との結合力をさらに高めることができる。
【００１８】
前記ダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型の製造過程は、めっきする金型基材１００を無線周波数スパッタ機の中に置くステップと、カーボン及び詰め物のターゲット材料を入れて、不活性ガス混合物を注入し、詰め物３００を含むダイヤモンドライクカーボン層を第一層１１から第Ｎ層１７にまでに順次にめっきし、且つ前記詰め物３００のモルパーセントの含有量が逓減するステップと、前記詰め物のターゲット材料を取り出し、第Ｎ＋１層１８である純ダイヤモンドライクカーボン層をめっきし、ダイヤモンドライクカーボン複合層と基材とが比較的高い結合力を形成する金型を獲得するステップである。
【００１９】
前記不活性ガス混合物は、アルゴンガス-水素ガス混合ガス、アルゴンガス-メタン混合ガス、アルゴンガス-エタン混合ガス、クリプトンガス-水素ガス混合ガス、クリプトンガス-メタン混合ガス又はクリプトンガス-エタン混合ガスであり、且つ該混合ガスにおいて、アルゴンガス又はクリプトンガスの体積パーセントの含有量は、８０％〜９５％である。
【００２０】
前記無線周波数スパッタ機は、無線周波数二極式スパッタ機又は無線周波数電磁気式スパッタ機である。無線周波数スパッタをする時、その使用周波数は１３．５６ＭＨｚである。
【００２１】
さらに、前記金型基材１００とダイヤモンドライクカーボン層との結合力を更に強くするため、前記金型基材１００を無線周波数スパッタ機に置く前に、先ず前記金型基材１００とダイヤモンドライクカーボン層とが結合する表面を研磨し、その表面輪郭の平均差Ｒａが１０ナノメートルより小さくすることが好ましい。
【００２２】
従来の技術と比べて、前記ダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型においては、ダイヤモンドライクカーボン複合層２００の第一層１１から第Ｎ層１７までには、金属又は金属窒化物からなる詰め物３００を添加し、且つ前記詰め物３００のモルパーセントの含有量が逓減する。詰め物３００により、純ダイヤモンドライクカーボン層の内部応力を下げ、めっき層の結合力を高めることができ、且つ前記詰め物３００のモルパーセントの含有量が逓減するため、層と層の間の成分が急劇に変化することによりめっき層の結合に対して悪い影響が与えられる現象を免れ、その結合力をいっそう高めることができる。従って、前記ダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型は、ダイヤモンドライクカーボン複合層と基材とが比較的高い結合力を形成する優れた点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型の構成を示す図である。
【図２】本発明の金属中間層を備えるダイヤモンドライクカーボン複合層を有する金型の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  金属中間層
１１  第一層
１２  第二層
１７  第Ｎ層
１８  第Ｎ＋１層
１００  基材
２００  複合層
３００  詰め物
４００  外側表面
【図１】
2007137066.tif 000003
【図２】
2007137066.tif 000004